Conformément au principe de la structure de type push-pull, la commande des céramiques doit être complémentaire, sachant qu’un bloqueur doit être activé pendant une phase de déformation d’un couple de céramiques.
Nous avons choisi pour les tests de dédier à chacune des fonctions d’entraîne- ment et de blocage une alimentation indépendante, les signaux de commande étant naturellement synchronisés.
La figure 5.6 présente une vue d’ensemble de l’actionneur MAGZO et son dispositif de pilotage électronique de laboratoire.
Disposant d’une cellule élémentaire de découpage à IGBT pouvant commuter sans contrainte particulière de 1 kHz à 10 kHz, celle-ci est utilisée pour moduler, à l’aide d’un rapport cyclique variable, la tension continue fournie par une alimentation stabilisée. Afin d’adapter cette source de tension au comportement capacitif des céramiques, dans le cas d’un fonctionnement quasi-statique, des inductances sont insérées dans le montage, conformément au schéma présenté en annexe H.
Fig.5.6: Ensemble Alimentation - Actionneur MAGZO
L’alimentation des bloqueurs étant relativement problématique de par leur com- portement très inductif (circuit magnétique à très faible entrefer), deux types d’alimentations ont été considérés, compte tenu des moyens à notre disposition au laboratoire. Le premier dispositif repose sur la constitution d’une alimentation en courant par l’intermédiaire d’amplificateurs opérationnels de puissance (LM12) montés en source de courant. Les limites en tension des composants utilisés né- cessitent que l’impédance des bobinages soit relativement faible. Une deuxième solution est fondée sur l’exploitation d’un amplificateur linéaire de tension auquel il faudra rajouter des résistances de puissance pour imposer le courant dans les blo- queurs. Cependant, ce dernier ne peut fournir qu’un courant de 1.2 A crête. Cette deuxième solution a cependant permis d’obtenir les meilleurs résultats en termes d’effort produit, même si son utilisation limite fortement la fréquence d’excitation de l’actionneur (fréquence maximale d’environ 20 Hz).
3.1.1. Réalisation d’une commande spécifique
Sur la base de ces modules de puissance, un dispositif d’alimentation relative- ment universel a été constitué à l’aide d’un générateur HIOKI [HIO08]. Il a donc été possible de choisir, par exemple, le taux de recouvrement des courants dans les bloqueurs afin d’assurer le maintien d’une charge pendant le changement de fonctionnement des céramiques.
Ayant également observé une légère rémanence au niveau des bloqueurs, il nous est apparu judicieux d’appliquer un courant de démagnétisation inverse, pendant les phases de repos, afin de forcer le champ magnétique à s’annuler.
La figure 5.7 présente les formes d’ondes des tensions de commande. Pour les tensions aux bornes des céramiques, il s’agit d’un signal trapézoïdal variant de +10 V à −10 V . Conformément au principe push-pull, ces commandes sont dé- phasées de 180°. Pour les courants, les signaux sont déphasés entre eux de 180°, afin de disposer à tout instant d’un bloqueur actif, tandis que leur commande est décalée par rapport aux signaux de commande des céramiques de sorte que la sé- quence d’activation se fasse uniquement pendant les phases « d’immobilité » des céramiques.
3.1.2. Formes d’ondes de l’alimentation
La tension effectivement présente aux bornes des céramiques recopie de manière quasi-parfaite la forme d’onde des signaux de commande. Leur amplitude varie de 0 à environ 90% de la tension continue. Une analyse fréquentielle permettra de mieux connaître le comportement dynamique de l’alimentation.
On peut observer sur la figure 5.8 que la forme réelle des courants dans le bobinage des bloqueurs s’écarte sensiblement de la consigne. Leur comportement très inductif limite fortement la bande passante exploitable. Une légère différence sur l’amplitude des courants existe également, car les réglages des deux voies de l’amplificateur linéaire ne sont pas parfaitement identiques. Cependant, ce léger écart ne s’avère pas critique pour le fonctionnement de l’actionneur.
En revanche, la faible dynamique du circuit de commande des bloqueurs consti- tue la plus grande limitation du montage. Pour de très basses fréquences, c’est-à- dire environ 20 Hz, le courant sera à son niveau haut un peu avant le début de la déformation d’un couple de céramiques. À de plus hautes fréquences, le courant deviendra triangulaire et n’aura pas le temps de s’annuler. Cela ne permettra donc pas de tester l’actionneur à des fréquences plus grandes que 20 Hz. Il est important de noter qu’il ne s’agit donc pas là d’une limite liée à l’actionneur MAGZO, mais plutôt de conditions d’alimentation encore largement perfectibles.
3.2. Fonctionnement de type mobile ou vérin
La figure 5.6 illustre le fonctionnement de l’actionneur MAGZO en mode mobile sur un support métallique. Ce dernier peut être beaucoup moins épais que celui présenté sur la photo. Ce type de fonctionnement n’est pas, a priori, le plus adapté pour caractériser l’actionneur. Dans cette configuration, il est possible de mesurer aisément la vitesse de déplacement du mobile. Si le support magnétique est fixe, il est alors également envisageable de mesurer la force de blocage, ou l’évolution de la force de blocage de l’actionneur.
temps en s Courants en A Tensions en V Vib1 Vib2 Vvc1 Vvc2 Céramiques Bloqueurs
Fig. 5.7: Formes d’ondes des tensions de commande de l’alimentation en tension des céramiques et de l’alimentation en courant des bloqueurs, à 12 Hz
temps en s Courants en A Vib1 Vib2 Tensions de commande en V ib1 ib2
Fig. 5.8: Réponses temporelles des courants dans les bloqueurs associées à leurs commandes à une fréquence de 12 Hz
Fig.5.9: Schéma de principe du fonctionnement de l’actionneur MAGZO en mode vérin, associé au protocole de caractérisation
préférable de recourir à un fonctionnement de type vérin, comme l’illustre la figure 5.9.